DE3337865C2

DE3337865C2 -

Info

Publication number: DE3337865C2
Application number: DE3337865A
Authority: DE
Inventors: Mutsuo Yokohama Kanagawa Jp Ogawa
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1982-10-18
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1989-06-22
Also published as: JPS5970990A; JPH0377475B2; DE3337865A1; US4605848A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts in einem Überwachungsbereich ist aus der DE-OS 31 24 464 bekannt. Die bekannte Lichtschranke enthält eine Beleuchtungseinrichtung und eine photoelektrische Wandlereinrichtung mit einem während einer Abgleichphase aktivierten Regelkreis, der die von der Beleuchtungseinrichtung ausgehende Lichtmenge so lange schrittweise verstellt, bis am Ausgang der photoelektrischen Wandlereinrichtung ein bestimmter Zustand erreicht ist. Der Regelkreis enthält - in Signalflußrichtung hintereinander - die photoelektrische Wandlereinrichtung, eine Vergleichsschaltung, der auch ein vorgegebener Schwellenwert zugeführt wird, und die von einer Steuerschaltung beaufschlagte Beleuchtungseinrichtung. Mit Hilfe dieser bekannten Lichtschranke kann der Lichtstrom, der auf die Photowandlereinrichtung fällt, wenn kein Gegenstand von der Lichtschranke erfaßt wird, immer auf einem konstanten Wert gehalten werden, so daß geringfügige Störfaktoren, wie beispielsweise das Absetzen von Staub auf der Photowandlereinrichtung, kompensiert werden können.

Aus der DE-OS 20 59 010 ist eine Lichtschranke mit konstanter Ansprechwelle bekannt, die als wesentliche Bauelemente ein Leuchtelement und einen Photowandler aufweist, der das vom Leuchtelement abgegebene Licht auffängt. Sowohl das Leuchtelement als auch der Photowandler sind in einem Regelkreis zur Regelung der Energieaufnahme des Leuchtelements enthalten, wobei der Regelkreis der Reihe nach enthält einen Verstärker, einen Gleichrichter und eine Glättungsstufe sowie eine Vergleichsstufe, welche die geglättete Ausgangsgröße des Photowandlers empfängt und sie mit einem Bezugswert vergleicht, der von einer Konstantspannungswelle geliefert werden kann. Die Vergleichsstufe besteht aus einem Differenzverstärker, der die Verstärkung eines Leistungsverstärkers steuert, wobei dieser Leistungsverstärker an seinem Eingang Impulse von einem Impulsgenerator empfängt, die er verstärkt und dem Leuchtelement zuführt. Mit Hilfe dieser bekannten Lichtschranke wird gleichzeitig ein Meßbetrieb und ein Regelbetrieb durchgeführt. Es kann dadurch die Ansprechschwelle einer Lichtschranke unter Verwendung nur eines einzelnen photoelektrischen Wandlers sehr konstant gehalten werden.

Aus der DE-AS 16 23 778 ist eine Lichtschranke, insbesondere photoelektrische Kontakteinrichtung für Zeigermeßgeräte bekannt, welche eine Halbleiterlumineszenzdiode und mindestens einen Photoempfänger in Form einer Photodiode oder eines Phototransistors enthält. Der Überwachungsbereich liegt zwischen der Lumineszenzdiode und mindestens einem Photoempfänger, wobei die Lumineszenzdiode von einem Oszillator gespeist wird. Das wesentliche dieser bekannten Lichtschranke besteht darin, daß die zur Erzeugung von ungedämpften Oszillatorschwingungen erforderliche Rückkopplung über die mindestens eine Lichtstrecke verläuft.

Gemäß einer Ausführungsform dieser bekannten Lichtschranke werden mehrere Lichtstrecken gebildet, und zwar gehen von der Halbleiterlumineszenzdiode mehrere Lichtleiterstäbe aus, die zu verschiedenen Meßstellen führen.

Aus der DE-OS 28 49 186 ist ein optisches Meßgerät zum Messen von physikalischen Größen mit einem Sensor bekannt, der von der zu messenden Größe beeinflußt wird, wobei eine Elektronik zur Erzeugung von optischen Eingangssignalen für den Sensor und zur Verarbeitung der vom Sensor kommenden optischen Ausgangssignale verwendet wird und ferner auch optische Fasern zur Übertragung der Eingangs- und Ausgangssignale zwischen dem Sensor und der Elektronik vorhanden sind. Der Sensor enthält ein von der zu messenden Größe beeinflußbares Glied zur Modulation der dem Sensor zugeführten Lichtenergie und zur Bildung von Lichtsignalen für optische Detektoren innerhalb der Elektronik. Die Modulation des dem Sensor zugeführten Lichtes erfolgt derart, daß das vom Sensor ausgehende Licht einerseits für die zu messende Größe repräsentative Komponenten enthält und andererseits Stabilisierungskomponenten enthält, die von der zu messenden Größe unabhängig sind. Ferner ist die Elektronik derart aufgebaut, daß sie die genannten Komponenten trennt und aus ihnen einerseits ein oder mehrere Meßsignale und andererseits Signale zur Kompensation der Instabilität des Meßgerätes bildet. Bei diesem bekannten Meßgerät können mehrere Lichtleiter verwendet werden. Es ist ein Regelkreis und auch ein Rechner vorhanden und es wird gleichzeitig ein Meß- und Regelbetrieb durchgeführt.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, eine Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts in einem Überwachungsbereich der angegebenen Gattung zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, die einzelnen den Überwachungsbereich definierenden Strahlenpfade besser überwachen und justieren zu können, um eine verbesserte Sicherheit der Lichtschrankenüberwachung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Lichtschranke mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Abgleichs für die in Fig. 1 dargestellte photoelektrische Wandlereinrichtung wiedergibt, und

Fig. 3a und 3b Diagramme, welche die Arbeitsweise des Regelkreises für die in Fig. 1 dargestellte photoelektrische Wandlereinrichtung darstellen.

Anhand von Fig. 1 bis 3 werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. In Fig. 1 ist eine Reihe von Lichtleitern f₁ bis f₄ angeordnet, um an einem Ende Licht aufzunehmen, das von einer lichtemittierenden Diode (LED) PD abgegeben wird. Die Lichtleiter f₁ bis f₄ liegen jeweils mit ihrem anderen Ende in einem vorbestimmten Abstand einer weiteren Gruppe von Lichtleitern f′₁ bis f′₄ gegenüber. Das von der LED PD abgegebene Licht wird über die Lichtleiter f₁ bis f₄ und die Lichtleiter f′₁ bis f′₄ weitergeleitet, um die lichtaufnehmenden Flächen von Phototransistoren PT₁ bis PT₄ zu erreichen. Ein Überwachungsbereich ist durch jeweilige Zwischenräume 28 zwischen den Enden benachbarter Lichtleiter gebildet, die auf ein genaues Maß gebracht sind, um die gewünschte Fühlposition, wie beispielsweise eine Warteposition für eine Vorlage oder ein Kopierblatt, festzulegen. Wenn kein Blatt in einem der Zwischenräume vorhanden ist, wird das von der LED PD abgegebene Licht von den zugeordneten Lichtleitern f bis f′ unmittelbar zu dem zugeordneten Phototransistoren PT geleitet. Ausgangssignale S₁ bis S₄ der Phototransistoren PT₁ bis PT₄ sind jeweils einzeln proportional Lichtmengen, welche auf die Phototransistoren PT₁ bis PT₄ fallen. Wenn ein Blatt an einer der Fühlpositionen vorhanden ist, unterbricht es das Licht von dem zugeordneten Lichtleiter f, wodurch dann der zugeordnete Phototransistor PT keinen Ausgang erzeugt.

Das von der LED PD abgegebene Licht, das über einen Lichtleiter f₅ weitergeleitet wird, wird von einem Blatt, wenn es in der Fühlposition vorhanden ist, zu einem Lichtleiter f′₅ reflektiert und durch diesen zu einem Phototransistor PT₅ geleitet. Der Ausgang S₅ dieses Phototransistors PT₅ ist proportional der Menge des auf ihn fallenden Eingangslichts. Wenn kein Blatt in dem Überwachungsbereich 28 vorhanden ist, wird das Licht, das durch den Lichtleiter f₅ weitergeleitet worden ist, nicht dem Lichtleiter f′₅ zugeleitet, und somit erscheint das Signal S₅ nicht am Ausgang des Phototransistors PT₅.

Die Signale S₁ bis S₅ werden jeweils an einen Eingangsanschluß von Vergleichern 30 bis 38 angelegt. An den anderen Eingangsanschluß der Vergleicher 30 und 38 wird einzeln jeweils eine Bezugsspannung V _r angelegt. Die Bezugsspannung V _r wird aufbereitet, indem eine Spannung V _cc von einer Spannungsquelle durch Widerstände R₁ und R₂ geteilt wird. Alle Vergleicher 30 bis 38 sind so aufgebaut, daß sie ihren Ausgangspegel "H" machen, wenn die an sie angelegten Signale S₁ bis S₅ höher als die Bezugsspannung V _r sind. Die Ausgangsanschlüsse der Vergleicher 30 bis 38 sind mit Eingangsanschlüssen PI₁ bis PI₅ eines Mikrocomputers 40 verbunden, welcher zum Abgleich verwendet wird.

Ein 8-Bit-Ausgangsanschluß PO₁ des Mikrocomputers 40 ist mit einem Eingangsanschluß A eines Digital-Analog-(D/A-)Umsetzers 42 verbunden. Ein Strom I₁, der auf Daten D anspricht, die von dem Anschluß PO₁ dem Anschluß A zugeführt worden sind, erscheint an einem Ausgangsanschluß B des D/A- Umsetzers 42, um an einen Strom-Spannungs-(C/V-)Wandler 44 angelegt zu werden.

Wie dargestellt, weist der Strom-Spannungs-Wandler 44 einen Operationsverstärker OP und einen Rückkopplungswiderstand R₃ auf. Der Ausgang des Wandlers 44, welcher eine Spannung V₁ ist, die durch das Umwandeln des Eingangsstroms I₁ geschaffen ist, wird an einen Differenzverstärker 46 angelegt, dessen Ausgang wiederum über einen Transistor Tr der LED PD zugeführt wird. Bei dieser Ausführung wird die LRF PD mit einem Strom I₂ gespeist, welcher der Spannung V₁ entspricht, wodurch eine Lichtmenge abgegeben wird, welche dem Strom I₂ proportional ist.

Der D/A-Umsetzer 42 erhält über einen Widerstand R₅ an seinem Eingangsanschluß C eine Bezugsspannung V _R , welche für das Umsetzen angelegt wird. Wenn unter dieser Voraussetzung die Widerstände R₃ und R₅ Widerstandswerte r₃ bzw. r₅ haben, kann die an den Operationsverstärker 46 angelegte Spannung folgendermaßen ausgedrückt werden:

wobei A₁ bis A₈ von dem Anschluß PO₁ des Mikrocomputers 40 abgegebene Daten sind, und A₁ und MSB und A₈ LSB ist.

Wenn ein Steuerungsstartschalter 48 geschlossen wird, um den logischen Pegel am Eingangsanschluß PI₆ des Mikrocomputers 40 "L" zu machen, führt der Mikrocomputer 40 eine Regelung entsprechend dem Flußdiagramm in Fig. 2 an der photoelektrischen Wandlereinrichtung (Lichtleitern f₁ bis f₅, Lichtleitern f′₁ bis f′₅ und Phototransistoren PT₁ bis PT₅, welche alle die LED PD gemeinsam benutzen) durch.

Zuerst führt der Mikrocomputer 40 die Regelung mit Hilfe des Phototransistors PT₁ durch. Der Mikrocomputer 40 setzt "0" für eine Veränderliche F (Verarbeitungsschritt 50) und erzeugt dann an dem 8-Bit-Anschluß PO₁ einen vorbestimmten Anfangswert D₀ als Daten D (Ausgang 51). Hierdurch fließt dann ein durch den Wert D₀ festgelegter Strom I₂ durch die LED PD, welche dann eine Lichtmenge abgibt, welche dem Wert D₀ entspricht. Nachher erzeugt der Phototransistor PT₁ ein Signal S₁, dessen Wert der spezifischen, von der LED PD abgegebenen Lichtmenge entspricht.

Wenn in dem vorstehend beschriebenen Fall der Pegel des Signals S₁ niedriger als die Spannung V _R ist, bleibt, wie in Fig. 3a dargestellt, der Ausgang des Vergleichers 30, d. h. der Eingangsanschluß PI₁ des Mikrocomputers 40, auf dem Pegel "P", wie in Fig. 3b dargestellt ist. Folglich sind Daten CD, welche der Mikrocomputer 40 eingegeben hat, indem in der Praxis ein Eingang 52 ausgeführt wird (in diesem Fall Ausgangsdaten des Vergleichers 30, d. h. ein logischer Pegel des Eingangsanschlusses PI₁) "0", und somit ist das Ergebnis einer Entscheidung 53 "NEIN".

Der Mikrocomputer 40 setzt dann "1" für die Veränderliche F (Schritt 54), gibt dann eine Summe des Anfangswertes D₀ und eines vorbestimmten Schrittwertes α als die Daten D (Ausgang 55) ab, und kehrt dann zum Eingang 52 zurück. Wenn die Daten D sequentiell um einen Wert α am Ausgang 55 erhöht werden, wird dadurch auch der Pegel des Signals S₁ erhöht. Wie in Fig. 3a dargestellt, soll nunmehr die Schleife die aus dem Eingang 52, der Entscheidung 53, dem Verarbeitungsschritt 54 und dem Ausgang 55 besteht, dreimal wiederholt werden, und das Signal S₁ soll die Spannung V _r überschritten haben, wenn die Daten D (die Daten) D₁ geworden sind. Dann wird, wie in Fig. 3b dargestellt, der logische Pegel des Eingangsanschluß PI₁ "H", und folglich werden die am Eingang 52 eingegebenen Daten DC "1", wodurch das Ergebnis der Entscheidung 53 "JA" gemacht wird.

Da der Wert F in diesem Augenblick "1" ist, ist das Ergebnis der nächsten Entscheidung 56 "JA", so daß der Mikcrocomputer 40 den Verarbeitungsschritt 57 durchführt, wobei dann der augenblickliche Ausgangswert D₁ (d. h. der Wert von Daten D) mit 1,25 multipliziert wird, um einen Bezugswert für den Phototransistor PT₁ vorzubereiten, und das Produkt wird dann in einem (nicht dargestellten) energieunabhängigen Halbleiterspeicher gespeichert.

Das Multiplizieren des Werts am Anschluß D₁ mit 1,25 ist wirksam, um den Pegel des Signals S₁ sicher höher als den der Spannung V _R zu machen (der einen Grenzwert festlegt), da die Kenndaten des Phototransistors PT₁ durch verschiedene Faktoren, wie die Umgebungstemperatur, beeinflußt werden können.

Wenn das Signal S₁ die Spannung V _R in dem Augenblick überschritten hat, in welchem der Anfangswert D₀ als die Daten D zugeführt werden, ist das Ergebnis der Entscheidung 53 "JA" wenn sie das erste Mal durchgeführt worden ist. In diesem Fall ist die Veränderliche F "0", so daß das Ergebnis der Entscheidung 56 "NEIN" ist, und somit wird ein Wert, der durch Subtrahieren der Schrittgröße α von dem Anfangswert D₁ gegeben worden ist, geliefert (Ausgang 58). Die Schleife aus dem Eingang 52, den Entscheidungen 53 und 56 und dem Ausgang 58 wird wiederholt, bis das Signal S₁ niedriger als die Spannung V _R ist. Danach wird die Schleife, die aus dem Eingang 52 und den Entscheidungen 53 und 56 gebildet ist, nocht einmal durchgeführt. Hierdurch werden die Ergebnisse der beiden Entscheidungen 53 und 56 "JA", worauf dann der Verarbeitungsschritt 57 folgt.

Selbst wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ablauf das Signal S₁ höher als die Bezugsspannung V _R ist, wenn der Anfangswert D₀ erzeugt worden ist, kann ein Wert der Daten D, welche das Signal S₁ sehr nahe an die Spannung V _r bringen, festgestellt werden, wobei dann Bezugswerte von Daten D, die sich auf die Phototransistoren PT₁ bis PT₅ beziehen, optimal voreingestellt werden können.

Wenn eine derartige Einstellung an allen Phototransistoren PT₁ bis PT₅ durchgeführt ist, speichert der Mikrocomputer 40 Bezugswerte von Daten D, die den jeweiligen Phototransistoren PT₁ bis PT₅ zugeordnet sind. Wenn die Einstellung an jedem der Phototransistoren PT₁ bis PT₅ abgeschlossen ist, aktiviert der Mikrocomputer 40 eine Ansteuerschaltung 60, um für eine Anzeige eine der lichtemittierenden Dioden (LED) PD₁₁ bis PD₁₅ zu erregen bzw. anzuschalten, die dem Phototransistor zugeordnet sind. Wenn der Kopierer betrieben werden soll, liefert der Mikrocomputer 40 als Daten D die Bezugswerte, die für die Phototransistoren PT₁ bis PT₅ vorher festgelegt worden sind, welche an verschiedenen Stellen verwendet werden, um eine Vorlage und Kopierblätter zu fühlen.

Die vorstehend beschriebene Steuerung wird für Phototransistoren PT₁ bis PT₅, wenn kein Blatt an den zugeordneten Fühlpositionen vorhanden ist, und für den Phototransistor PT₅ durchgeführt, wenn ein Blatt an dessen zugeordneter Fühlposition vorhanden ist. Die Berechnung, bei welcher der Wert D₁ bei dem Verarbeitungsschritt 57 mit 1,25 multipliziert wird, kann folgendermaßen durchgeführt werden. Hierbei ist der Koeffizient 1,25 nur beispielsweise angeführt, und er kann durch irgend eine andere geeignete Zahl ersetzt werden, welche den notwendigen Grenzwert sicherstellt. Wenn der Wert D₁ (11000011)₂ ist, wird dieser Wert zweimal nach rechts verschoben, um (00110000)₂ vorzubereiten, was ¼ des Werts D₁ ist, und dann wird (00110000)₂ zu (11000011)₂ hinzuaddiert, damit sich 11110011)₂ ergibt, was das 1,25fache des Werts D₁ ist.

Der energieunabhängige Halbleiterspeicher kann in dem Mikrocomputer 40 eingebaut sein und kann einen EEP-ROM, einen NOV-RAM und einen CMOS-RAM aufweisen, die durch eine Batterie gespeist sind.

Obwohl die Lichtschranke als ein in einem Kopierer installierter Blattflühler dargestellt und beschrieben ist, kann sie auf dieselbe Weise bei einem Abtaster verwendet werden, welcher in Verbindung mit einem Strichmarkierungsleser, einem optischen Zeichenleser (OCR) u. a. verwendet wird.

Claims

1. Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts in einem Überwachungsbereich zwischen einer Beleuchtungseinrichtung und einer photoelektrischen Wandlereinrichtung mit einem während einer Abgleichphase aktivierten Regelkreis, der die von der Beleuchtungseinrichtung ausgehende Lichtmenge so lange schrittweise verstellt, bis am Ausgang der photoelektrischen Wandlereinrichtung ein bestimmter Zustand erreicht ist, wobei im Regelkreis - in Signalflußrichtung hintereinander - die photoelektrische Wandlereinrichtung, eine Vergleichsschaltung, der auch ein vorgegebener Schwellenwert zugeführt ist, und die von einer Steuerschaltung beaufschlagte Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die photoelektrische Wandlereinrichtung mehrere photoelektrische Wandlerelemente (PT₁, . . .PT₅) aufweist, die unterschiedlichen, den Überwachungsbereich definierenden Strahlenpfaden zugeordnet sind.
b) jedem Wandlerelement (PT₁, . . .PT₅) je ein zur Vergleichsschaltung gehörender Vergleicher (30, . . . 38) nachgeordnet ist, der das jeweilige Ausgangssignal des jeweiligen Wandlerelements mit dem Schwellenwert vergleicht, und
c) die Vergleicher einen gemeinsamen Rechner (40) beaufschlagen, der in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Vergleicher das Eingangssignal der Steuerschaltung (42, 44, 46) bestimmt.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeisame Rechner (40) so ausgelegt ist, daß er für jedes Wandlerelement (PT₁ . . . PT₅) einen Multiplikationsfaktor ermitteln und speichern kann, mit welchem das Eingangssignal der Steuerschaltung (42, 44, 46) zu multiplizieren ist, damit der dem Wandlerelement zugeordnete Schwellenwert sicher überschritten wird.

3. Lichtschranke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner für einen Multiplikationsfaktor größer als 1, insbesondere 1,25 ausgelegt ist.

4. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (PD) aus einer lichtemittierenden Diode und die photoelektrischen Wandlerelemente (PT₁, . . . PT₅) aus Phototransistoren bestehen.

5. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rechner (40) eine Ansteuerschaltung (60) verbunden ist, welche eine eigene Anzeigeeinrichtung (PD₁₁, . . . PD₁₅) für jedes photoelektrische Wandlerelement (PT₁, . . . PT₅) aufweist, um dessen Betriebsbereitschaft anzuzeigen.